小型舞蹈機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　機(jī)器人舞蹈比賽是一項(xiàng)具有極強(qiáng)觀賞性和趣味性的比賽。比賽規(guī)則要求參賽機(jī)器人在有限的場(chǎng)地和時(shí)間內(nèi)，配合音樂(lè)完成動(dòng)作。由于要求機(jī)器人既要充分利用場(chǎng)地，又不能超時(shí)和越界，因此，舞蹈機(jī)器人集成了多學(xué)科前沿技術(shù)，它的設(shè)計(jì)涉及了機(jī)電一體化技術(shù)、檢測(cè)和傳感技術(shù)、精密機(jī)械加工和精密機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代化控制技術(shù)和管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)程序控制技術(shù)等多個(gè)方面。

　　系統(tǒng)中，直流電機(jī)共有四路，分別用于機(jī)器人底盤、頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)以及身體的升降，舵機(jī)有兩路，用于花瓣打開(kāi)。本設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)對(duì)不同電機(jī)采取了不同的驅(qū)動(dòng)方式。舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電流僅十幾微安，可以直接使用單片機(jī)端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而直流電機(jī)工作電流較大，瞬態(tài)電流接近1A，因此需要采用專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。此外由于采用了3V與7V兩種規(guī)格的直流電機(jī)，其中7V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接采用驅(qū)動(dòng)芯片輸出，3V直流電機(jī)則需對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片輸出作降壓處理，因此，控制芯片選用了Atmel公司的AT89C52單片機(jī)。

　　驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)有四路直流電機(jī)和兩路舵機(jī)，由于兩者的工作電流相差較大，故在硬件上將兩者獨(dú)立。

　　由于舵機(jī)自身帶電源和地引腳，對(duì)其驅(qū)動(dòng)只需給出控制信號(hào)即可，故可直接用單片機(jī)的端口作控制信號(hào)線，因而硬件十分簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)時(shí)只要通過(guò)接口用光耦隔離輸出便可直接控制兩路舵機(jī)，圖中即用于實(shí)現(xiàn)這部分功能。本系統(tǒng)共有四路直流電機(jī)，其中三路采用7V供電，一路采用3V供電，因而工作電流較大，瞬時(shí)值可達(dá)1A以上，為此，設(shè)計(jì)中選用了L298系列芯片來(lái)完成驅(qū)動(dòng)。圖是兩路電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，為了節(jié)約單片機(jī)的端口資源，每路直流電機(jī)的正／反轉(zhuǎn)信號(hào)控制線均通過(guò)一個(gè)反相器共用一條單片機(jī)口線。

　　由于本系統(tǒng)中3V直流電機(jī)的工作電流約為800mA，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本，可以考慮直接使用L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)，而輸出電壓約6V，因此必須將其降至3V才能直接驅(qū)動(dòng)3V直流電機(jī)。本系統(tǒng)僅要求此直流電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，故可采用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓處理。利用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓時(shí)，多采用并聯(lián)型穩(wěn)壓方式。

　　本系統(tǒng)是專為某型舞蹈機(jī)器人設(shè)計(jì)的，因此，軟件的工作大部分是通過(guò)發(fā)送各種指令來(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)以使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定編排的舞蹈動(dòng)作。直流電機(jī)、舵機(jī)的控制均采用PWM方式，軟件設(shè)計(jì)本文不作詳解。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有可靠性高、控制到位、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，由其構(gòu)成的舞蹈機(jī)器人曾在全國(guó)舞蹈機(jī)器人大賽中一舉奪冠。